1. Характеристика предприятия:

Название пр-ия, загр. вещество	Высота трубы, м	Диаметр устья, м	T ГВС, 0С	выброс загр. в-ва, г/с
«ОМЕГА»	19	0,9	120
аммиак				2,9
диоксид углерода				3,9
ртуть				0,4
формальдегид				2,1

2. Максимальная концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе:

C_max = A*M*F*m*n*Г*H^-2*(V₁*∆T)^-1/3

Из описания работы следует, что A=200, F=1, Г=1, Т₀=24,7 ⁰С, W_ср=7 м/сек.

∆T = Т_Г – Т₀ = 120 – 24,7 = 95,3 ⁰С;

V₁ = 0,785*D²*W_ср = 0,785*0,9²*7 = 4,451 м³/сек;

r = 1000*W²_ср*D*H^-2*∆T^-1 = 1000*49*0,9*0,003*0,01 = 1,323 < 100;

q = 0,65(V₁*∆T/H)^1/3 = 0,65*(4,451*95,3/19)^1/3 = 0,65*22,325^1/3 = 1,830; 0,5<q<2;

m = (0,67 + 0,1*r^1/2 + 0,34r^1/3)^-1 = (0,67 + 0,115 + 0,373)^-1 = 1,158^-1 = 0,863;

n = 0,532*q² – 2,13*q + 3,13 = 1,782 – 3,898 + 3,13 = 1,014;

C_max = 200*M*1*0,863*1,014*1*19^-2*(4,451*95,3)^-1/3 = 0,064*M;

С_max (аммиак) = 0,064*2,9 = 0,186 мг/м³;

C_max (диоксид углерода) = 0,064*3,9 = 0,25 мг/м³;

С_max (ртуть) = 0,064*0,4 = 0,026 мг/м³;

C_max (формальдегид) = 0,064*2,1 = 0,134 мг/м³.

3. Расстояние от источника выбросов, на котором достигается максимальная концентрация загрязняющего вещества:

x_max = 0,25*(5-F)*k*H

так как r < 100, 0,5 < q < 2, то

k = 4,95*1,830*(1 + 0,28*1,323^1/3) = 11,843;

x_max = 0,25*(5 – 1)*11,843*19 = 225,017; x_max ≈ 225,02 м.

3. Определение метеорологических условий, при которых может быть достигнута максимальная концентрация загрязняющего вещества в воздухе:

так как r < 100, 0,5 < q < 2, то

U_max = 1,830; U_max ≈ 1,8 м.

3. Определение концентрации загрязняющего вещества в атмосфере на заданном расстоянии от источника выбросов:

α = 500/225,017 = 2,222;

S₁ = 1,13*(0,13*2,222² + 1)^-1 = 0,688, так как 1 < α < 8.

Рассчитаем концентрацию каждого загрязняющего вещества С₅₀₀ на расстоянии 500 м от источника выбросов C₅₀₀ = S₁*C_max:

С₅₀₀ (аммиак) = 0,688*0,186 = 0,13 мг/м³;

C₅₀₀ (диоксид углерода) = 0,688*0,25 = 0,17 мг/м³;

С₅₀₀ (ртуть) = 0,688*0,026 = 0,018 мг/м³;

C₅₀₀ (формальдегид) = 0,688*0,134 = 0,09 мг/м³.

Найдем для каждого загрязняющего вещества величину отношения его концентрации на расстоянии 500 м от источника выбросов к ПДК_с.с.:

аммиак: С₅₀₀/ПДК_с.с. = 0,13/0,04 = 3,2;

диоксид углерода: С₅₀₀/ПДК_с.с. = 0,17/3,0 = 0,06;

ртуть: С₅₀₀/ПДК_с.с. = 0,018/0,0003 = 60;

формальдегид: С₅₀₀/ПДК_с.с. = 0,09/0,003 = 30.

Таблица результатов, полученных при выполнении работы

Вариант 12. Предприятие «ОМЕГА»
Загрязняющее вещество (ПДКс.с., мг/м3)	М, г/с	Сmax, мг/м3	С500, мг/м3	С500/ПДКс.с.
аммиак 0,04	2,9	0,186	0,13	3,2
диоксид углерода 3,0	3,9	0,25	0,17	0,06
ртуть 0,0003	0,4	0,026	0,018	60
формальдегид 0,003	2,1	0,134	0,09	30
H = 19 м; D = 0,9 м; T = 120 0C; ∆T = 95,3 0C; V1 = 4,451; r = 1,323; q = 1,830; m = 0,863; n = 1,014; Cmax = 0,064M; k = 11,843; xmax ≈ 225,02; Umax ≈ 1,8 м/с; α = 2,222; S1 = 0,688.

Выводы:

1) Анализ полученных результатов показал, что на расстоянии 500 м от источника выбросов уровень загрязнения приземного слоя атмосферы предприятием «ОМЕГА» составляет по аммиаку 3,2 ПДК_с.с., по диоксиду углерода – 0,06 ПДК_с.с, по ртути – 60 ПДК_с.с, по формальдегиду – 30 ПДК_с.с.

2) Для улучшения экологической ситуации на прилегающей территории можно рекомендовать предприятию «ОМЕГА» выполнение технических мероприятий по улучшению работы системы очистки газоаэрозольных выбросов, изменение технологических процессов с целью уменьшения выбросов аммиака, ртути и формальдегида.

Практическая работа №4

Расчет экономического ущерба от загрязнения атмосферного воздуха точечными источниками выбросов

Вариант №12

Предприятие «ОМЕГА»

1) Определение σ

Размеры площадей, занимаемых различными типами территорий города, и значения σ_j:

населенные места – W₁ = 0,402*252,1 = 101,334 км²,

таким образом, средняя плотность населенных мест г. Томска составляет n = 480000/10133,4 = 47,368 чел./га и σ₁ = 0,1*47,368 = 4,437;

территории промышленных предприятий – W₂ = 0,09*252,1 = 23,950 км², σ₂ = 4;

пашни – W₃ = 0,16*252,1 = 40,336 км², σ₃ = 0,25;

леса 1-ой группы – W₄ = 0,11*252,1 = 27,731 км², σ₄ = 0,2;

леса 2-ой группы – W₅ = 0,15*252,1 = 37,815 км², σ₅ = 0,1.

Рассчитаем значение коэффициента σ по формуле ,

где W_заз – общая площадь зоны активного загрязнения (далее ЗАЗ), 252,1 га;

W_j – площадь j-той части ЗАЗ, га;

L – количество типов территорий, попавших в ЗАЗ:

σ = (1/252,1)*(101,334*4,737 + 23,950*4 + 40,336*0,25 + 27,731*0,2 + 37,815*0,1) =

= 2,361.

2) Определим f_i – характер рассеяния загрязняющего вещества i-го вида в атмосфере:

f₁ (аммиак) = f₂ (диоксид углерода) = f₄ (формальдегид) =

= 4*(1 + 3)^-1*100*[100 + (1 + 95,3/75)*19]^-1 = 0,699;

f₃ (ртуть) = 4*(1 + 3)^-1*{1000/[60 + (1 +95,3/75)*19]}^1/2 = 3,114.

3) Найдем приведенную массу годового выброса загрязняющего вещества i-го вида в атмосферу M_i^* = a_i * m_i:

Рассчитаем показатели a_i:

a₁ (аммиак) = 3/0,04 = 75; a₃ (ртуть) = 3/0,0003 = 10000;

a₂ (диоксид углерода) = 3/3,0 = 1; a₄ (формальдегид) = 3/0,003 = 1000.

Рассчитаем значения m_i (1 год = 31536000 с):

m₁ (аммиак) = 2,9*31536000 = 91454400 г/с = 91,454 т/год;

m₂ (диоксид углерода) = 3,9*31536000 = 122990400 г/с = 122,99 т/год;

m₃ (ртуть) = 0,4*31536000 = 12614400 г/с = 12,614 т/год;

m₄ (формальдегид) = 2,1*31536000 = 66225600 г/с = 66,226 т/год.

Рассчитаем значения M_i^*:

M_i^* (аммиак) = 75*91,454 = 6859,05 усл. т/год;

M_i^* (диоксид углерода) = 1*122,99 = 122,99 усл. т/год;

M_i^* (ртуть) = 10000*12,614 = 126140,000 усл. т/год;

M_i^* (формальдегид) = 1000*66,226 = 66226,000 усл. т/год.

В заключение определим величину экономического ущерба от загрязнения атмосферного воздуха точечными источниками выбросов:

У_атм = 0,24*2,361*(0,699*6859,05 + 0,699*122,99 + 3,114*126140,000 + + 0,699*66226,000) = 251572,5 руб.

Характеристика г. Томска

Тип территории	Wj, км2	σj
Населенные места	101,334	4,437
Территории промышленных предприятий	23,950	4
Пашни (приусадебные участки)	40,336	0,25
Леса 1-ой группы	27,731	0,2
Леса 2-ой группы	37,815	0,1
n = 47,368 чел./га; σ = 2,361.

Характеристики предприятия

Вариант 12. Предприятие «ОМЕГА»
Загрязняющее вещество	Характеристика
	fi	ai	mi, т/год	Mi*, усл. т/год
аммиак	0,699	75	91,454	6859,05
диоксид углерода	0,699	1	122,99	122,99
ртуть	3,114	10000	12,614	126140,000
формальдегид	0,699	1000	66,226	66226,000
Уатм = 251572,5 руб.

Задача

Жилой комплекс сбрасывает в реку 70 млн. литров сточных вод в день, которые смешиваются с чистой водой в реке в соотношении 1:15. БПК сточных вод составляет 120 мг*л^-1. Какое БПК будет иметь вода в зоне загрязнения? Смогут ли в этой воде обитать личинки коридалы и личинки веснянки?

Решение.

1. Так как загрязненная вода смешивается с чистой при соотношении 1:15, то БПК_смеси = 1/15*120 = 8 мг*л^-1.

Таким образом, БПК воды в зоне загрязнения составило 8 мг*л^-1.

2. Из расчетов видно, что данная зона имеет достаточно высокий уровень растворенного кислорода, поэтому в этой части водоема смогут обитать личинки коридалы и личинки веснянки.

Антиэкологичность использования невозобновимых

топливных и минеральных ресурсов

Главная ответственность в удовлетворении энергетических потребностей человечества лежит на невозобновимых энергоресурсах. А это само - собой подразумевает необходимость их рационального использования.

Пока существует один вид возобновимых источников энергии, который человечество освоило в достаточной степени - это энергия падающего потока. Остальные источники пока остаются или малоосвоенными, или неосвоенными совсем.

Однако использование минерального топлива влечет за собой появление отбросов, шлаков, золы и т.д. Сейчас большинство предприятий сбрасывают эти отходы в окружающую среду. Рассмотрим воздействие этих выбросов на компоненты географической оболочки.

Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу и во время пребывания там, ведут себя по-разному (изменяется температура, свойства, фазовые и агрегатные состояния, образуются и разлагаются химические соединения, смеси) такие выбросы называются примесными.

Происходящие в продуктах сгорания при движении их в пределах энергоустановки, изменения обусловлены высокими абсолютными температурами, большими перепадами температур, высокими скоростями движения, взаимодействием с конструкционными материалами (огнеупорные и изоляционные материалы, металлы и сплавы), а также взаимодействиями, происходящими в этих условиях.

При выходе в атмосферу выбросы содержат продукты реакций в твердой, жидкой и газовой фазах. Изменения состава выбросов после их выхода могут проявляться в виде: осаждения тяжелых фракций; распада на компоненты по массе и размерам; химические реакции с компонентами воздуха; взаимодействия с воздушными течениями, облаками, атмосферными осадками, солнечным излучением различной частоты (фотохимические реакции) и др.

В результате состав выбросов может существенно измениться, могут образоваться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от исходных. Не все эти процессы в настоящее время изучены с достаточной полнотой, но по наиболее важным имеются общие представления, касающиеся газообразных, жидких и твердых веществ.

Газообразные примеси образуют соединения углерода, серы и азота.

Окислы углерода практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено. К числу примесей относятся, прежде всего, окись и двуокись углерода. Свойства СО₂ и СО, как и других газов, по отношению к солнечному излучению характеризуются избирательностью в небольших участках спектра. Так, для СО₂ при нормальных условиях характерны три полосы селективного поглощения излучения в диапазонах длин волн: 2,4-3,0; 4,0-4,8; 12,5-16,5 мкм. С ростом температуры ширина полос увеличивается, а поглощательная способность уменьшается, так как уменьшается плотность газа.

Сера. Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид – SO₂. Он составляет примерно 99% выбросов сернистых соединений, содержащихся в уходящих газах котлоагрегатов. Его удельная масса составляет 2,93 кг/м³, температура кипения 195 ⁰С. Продолжительность пребывания SО₂ в атмосфере сравнительно невелика. В присутствии аммиака и некоторых других веществ, время жизни SО₂ исчисляется несколькими часами. В сравнительно чистом воздухе оно достигает 15-20 суток.

Воздействие серы на людей, животных и растения, а также на различные вещества разнообразна и зависит от концентрации, и от различных факторов окружающей среды.

Азот. В процессе горения азота образует с кислородом ряд соединений: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅, свойства которых существенно различаются.

Время существования окислов азота характеризуется сроком от 100 часов до 4,5 лет.

Аэрозоли подразделяются на первичные - непосредственно выбрасываемые в атмосферу, и вторичные - образуемые при превращениях в атмосфере. Время существования аэрозолей в атмосфере колеблется от минут до месяцев, в зависимости от многих факторов. Крупные аэрозоли на высоте 1 км существуют 2-3 суток, в тропосфере - 5-10 суток, в стратосфере - до нескольких месяцев

Выбросы твёрдых частиц.

Размеры частиц могут сильно отличаться. Скорость осаждения частиц определяется в зависимости от их размеров и свойств, а также от свойств воздуха. Значительная доля примесей выпадает вблизи источника. Для тяжелых примесей характерна меньшая зависимость от толщины приземного слоя, чем для легких. Вследствие большой дисперсности частиц максимумы их концентрации разнесены в пространстве.

Выбросы влаги.

Поступление влаги в атмосферу от энергетических объектов вызывается различными процессами, имеющими различные температуры и энергии (сгорание топлива, продувки, протечки и др.).

Поведение влаги в атмосфере, в свою очередь, отличается разнообразием и связано с локальными концентрациями и фазовыми переходами. Как и другие газообразные вещества, водяной пар имеет линейчатый спектр поглощения. С увеличением температуры ширина полос увеличивается, а поглощающая способность уменьшается.

Количественная оценка поведения влаги в атмосфере может производиться только на фоне естественного атмосферного влагосодержания, которое зависит от взаимодействия с гидросферой и литосферой, а также с тепловыми процессами.

Несмотря на то, что неисчерпаемые источники имеют огромный энергетический потенциал, человек для удовлетворения своих нужд использует в основном невозобновимые источники энергии. Как следствие, возникает необходимость их рационального использования и контроля над выбросами. В нашей стране и во всем мире эксплуатация полезных ископаемых в большинстве случаев идет иррационально. В результате этого окружающей среде наносится непоправимый вред. Примером может служить появление парникового эффекта. Все это может привести к еще большему ухудшению экологической обстановки, исчерпанию природных ресурсов и, в конечном счете, к энергетическому кризису и тепловой катастрофе. Наиболее приемлемым и возможным в данной ситуации выходом из создавшегося положения может стать переход к нетрадиционным, неисчерпаемым и экологически чистым источникам энергии: солнечная энергия, энергия ветра, Мировой океан и т.д.